Авторы: Рогозин Г.Г., Пятлина Н.Г.
Источник: XVIIth International Conference on Electrical Machines SESSION PSA2.
Предопределение поведения синхронной машины при переходных процессах зависит в большой мере от правильности ее электромагнитных величин, среди них эквивалентные цепи или особенности частотной характеристики.
В соответствии со Стандартом IEC [1], особенности частотной характеристики синхронных машин, отражающие их обобщенные электромагнитные параметры, могут быть определены из опыта затухания переменного тока в обмотке статора или прикладных опытов напряжения переменной частоты при бездействии. Полученные результаты могут использоваться для того, чтобы синтезировать эквивалентные цепи в d-оси ротора, обеспечивающего временную зависимость области, также в опыте был зарегистрирован вращающийся поток. Однако, в этом случае давление контакта между механически соединяемыми структурными элементами ротора, соответствующего номинальной вращательной скорости, не обеспечено.
Опыт внезапного отсоединения приложенной к якорю номинальной частоты низкого напряжения при малом скольжении[1], требующий дополнительного источника энергии и ручного контроля вращающего момента турбины, очень трудоёмкий и используется для того, чтобы определить синхронные и сверхпереходные сопротивления. Этот метод позволяет определить особенности частотной характеристики входной проводимости якоря, если предоставлены линейные условия для эксперимента.
Тем временем, возможность определения электромагнитных величин обмотки возбуждения и демпферной системы при внезапном отсоединении синхронной машины при номинальном напряжении от сети прежде рассмотрен не был. Выполнение подхода, рассмотренного в статье, позволяет значительно уменьшить трудовые затраты и время выполнения теста.
Посредством примера приведены результаты определения параметров ротора эквивалентных цепей и реакция частотной характеристики входной проводимости якоря 889 МВА турбогенератора. В статье показаны математические выражения для определения электромагнитных величин ротора при помощи опыта восстановления напряжения, опыта воздействия возбуждения на открыто-замкнутую обмотку статора и опыта гасящего поля открыто-замкнутой обмотки статора. В отличие от стандартных рекомендаций IEC опыты выполнены при условиях переменного уровня насыщенности на пути главного магнитного потока СМ во время переходного процесса.
Анализ переходных процессов в опыте был выполнен с использованием дифференциальных уравнений Парка, записанных в операционной форме для отклонений от установившихся условий. Эквивалентная цепь ротора в прямой оси выполнена в соответствии с уравнениями в операционной форме, поскольку, как видно из рисунка 1, включает следующие необычные особенности: взаимное сопротивление между полем обмотки и эквивалентными ветвями демпферной системы на их взаимных отклоняющихся путях (хlfD), эквивалентные цепи поля обмотки, учитывающего поверхностный эффект и прямую ось оперативного сопротивления хad (p) =Ca [хad (t)].
Пренебрегая влиянием ЭДС преобразования в начальных дифференциальных уравнениях, и изменением скорости вращения ротора, при условии, что синхронная машина работает с коэффициентом трансформации равным нулю и что имеет место одновременное бездуговое разъединение фазы обмоток статора, мы имеем (в системе относительных единиц.
Взаимное сопротивление между фазами статора и относительными цепями ротора в d-оси синхронной машины зависит от уровня насыщенности на пути главного магнитного потока машины в d-оси во время переходных процессов. Изменения напряжения на обмотке статора от Vqo до Vq ∞, хad(t) зависимость может быть определена, используя Vq (t) экспериментальную зависимость и хad(Vq) характеристику так, как это показано на рисунке 2. Характеристика хad(Vq) вычислена с применением кривых разомкнутой цепи и короткого замыкания (см. рисунок 3).
Очевидно, что рабочее взаимное сопротивление определяемое в выражении (4), как
является параметром, прогнозируемым для данного опыта. Это позволяет использовать операционный метод для экспериментального определения параметров ротора синхронной машины с переменной насыщенностью ее магнитной цепи.
Величина dVf в выражении (3) может быть принята равной нулю, если мощность питает обмотку возбуждения синхронной машины от генератора постоянного тока или независимой системы возбуждения.
Вышеупомянутые выражения следуют из приравнивания операционных проводимостей обмотки возбуждения и демпферной системы согласно выражению (6) и правым сторонам уравнений определяемые с использованием теоремы разложения Хэвисайда.
Нужно отметить, что на физических основаниях экспериментальные единичные функции напряжения dV(t) и тока dIf(t) должны быть приближены компонентами с равными коэффициентами демпфирования, обеспечивающими аif = аiD.
Результаты определения параметров эквивалентных цепей ротора и особенности частотной характеристики входной проводимости якоря турбогенератора TBB-800-2 (SN = 889 MВА, Vnom = 24 кВ, Inom = 21.4 kA, cosφ = 0.85, 3000 чисел оборотов в минуту) даны в Приложении. При опыте отсоединения приложенного диапазона эксплуатационного напряжения турбогенератор был соединен через трансформатор (Snom = 1000 MВА) и воздушный выключатель к шинам сети на 330 кВ.
Особенность частотной характеристики входной проводимости якоря турбогенератора, полученной при помощи внезапного отсоединения от шин электрической системы, показанной на рисунке 4, была сопоставлена с аналогичной, полученной из опыта затухания переменного тока в обмотке статора в неподвижной области генератора.
Закрытый контроль вышеупомянутых особенностей показывает, что различие между их текущими векторами в широком диапазоне частоты (0.35·10-3 <s <1.0) в пределах 6 %. Это может быть предложенная безопасность, несоответствие между особенностями частотной характеристики, особенно в диапазоне высокой частоты, является относящимся к действию центробежных сил из-за ослабления пригодных сигнальных звонков и увеличение контакта сопротивления между механическими сопряжениями автоматически возобновляемых элементов ротора [2]. Лучшая точность может быть достигнута, принимая во внимание взаимное сопротивдение между полем обмотки и эквивалентными демпферными цепями на упомянутых отклоняющихся путях (хlfD) и влияния мощности трансформатора после отключения его обмотки высокого напряжения от шин 330 кВ.
Последний фактор не имеет существенного значения.
Опыт восстановления напряжения, опыт воздействия возбуждения на открыто-замкнутую обмотку статора и опыта гасящего поля рассматривают в Стандарте [1].
Очевидно из анализа вышеупомянутых опытов, что изменения взаимного сопротивления при внезапном отсоединении приложенного напряжения и опыте гасящего поля, может быть описано по математическим выражениям той же самой структуры. Подобная особенность является врожденной в случае опыта восстановления напряжения, и опыта воздействия возбуждения.
Эксплуатационные выражения для взаимных сопротивлений и проводимостей ротора, полученных аналитическим рассмотрением проблемы идентификации приведены в Таблице 1. Электромагнитные параметры обмотки возбуждения и демпферная система могут быть определены аналогичным способом как в случае внезапного разъединения приложенного диапазона действующего напряжения.
Техника, обсужденная в статье, может использоваться для того, чтобы анализировать поверхностный эффект в обмотке возбуждения и демпферной системе. Более точное определение электромагнитных параметров ротора также позволит улучшить точность вычисления текущего распределения между обмотками возбуждения и демпферной системой в динамических процессах синхронной машины. Кроме того, новый подход расширяет способности Стандарта IEC.
Литература:
1. International Electrotechnical Commission (IEC) Standard. Rotating Electrical Machines. Part 4: Methods for determining synchronous machine quantities from tests, Publication 34-4, 1985, Geneva.
2. Rogozin G.G. and Kovjazin V.A., "Express-method for monitoring the state of turbogenerator rotor end bells", in Proc. 3rd Intl Conference on Maintenance, Reliability, Quality, pp.167-170, 30-31 March 2000, Oxford, UK.
3. Rogozin G.G., "Determining the electromagnetic parameters of AC machines", Revue Générale de lElecticite, No. 9, pp. 8-16, 1993.
4. Rogozin G.G. and Pechurkin Yu.I., "Using the impulse effect for determining the electromagnetic parameters of the solid constructive rotor parts of the turbogenerator", Electrotekhnica, No. 6-7, pp. 16-21, 1992 (in Russian).